【摘 要】
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静电放电（ESD,Electro-Static Discharge）是由于物体与其周围环境之间产生静电电压,然后以电流脉冲自发放电的一种现象,在生活中十分常见。由于可能带来的巨大损失,芯片生产制造及使用过程中的静电防护是芯片设计厂商不可轻视的部分,车规芯片由于汽车的特殊性ESD防护规格要求更高。基于定制0.35um车规工艺下的高、中、低阈值三个子工艺平台,从工艺到器件再到防护方案的设计,层层递进,
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静电放电（ESD,Electro-Static Discharge）是由于物体与其周围环境之间产生静电电压,然后以电流脉冲自发放电的一种现象,在生活中十分常见。由于可能带来的巨大损失,芯片生产制造及使用过程中的静电防护是芯片设计厂商不可轻视的部分,车规芯片由于汽车的特殊性ESD防护规格要求更高。基于定制0.35um车规工艺下的高、中、低阈值三个子工艺平台,从工艺到器件再到防护方案的设计,层层递进,主要研究了三个方面的内容,一是工艺参数对ESD防护性能的影响;二是0.35um车规工艺三个阈值工艺下的ESD防护器件的研究;三是针对三款车规芯片的高规格ESD防护需求在特定阈值的工艺平台下设计对应的防护方案,并流片封装进行测试及失效分析,并提出可行的改进方案。本论文的主要研究内容及结论如下:1、结合TCAD仿真就三个阈值的车规工艺平台分析了各种工艺参数,例如掺杂浓度、沟道长度等工艺条件对工艺平台ESD性能的影响,准确预测到低阈值工艺下的NMOS ESD性能最优,高阈值最差,从工艺层面说明了Silicide阻挡层及ESD注入层在NMOS防护器件中使用的必要性。并通过测试确定了各个阈值工艺平台下的ESD设计窗口。2、在各阈值工艺下探究了GGNMOS、RCNMOS、二极管及各种SCR器件的ESD防护性能,确定了各阈值工艺平台下各种器件的最佳关键尺寸及器件特性,完成了使指型GGNMOS均匀导通的研究目标,通过测试数据验证了工艺分析结果的正确性,为高ESD规格车规芯片的防护设计提供了数据参考。获取了几种基于SCR的ESD器件的测试结果,分析出这几种SCR器件不能直接在该工艺下作为防护器件使用,并得出同样的器件在不同阈值工艺下特性不同,同样的参数变化带来的影响也不同,两种器件在不同工艺下的相对特性也不同的结论,为设计低触发、高维持电压的SCR提供了基础,通过对HHVSCR参数拉偏的结果进行分析,结合TCAD仿真,为高、低阈值工艺平台找到了一个可供直接使用的高鲁棒性防护器件。3、提出了两种新型SCR结构,一种是利用栅控二极管辅助触发的GDTHHVSCR结构,其具有LVTSCR低触发电压优点的同时具有HHVSCR高维持电压的优点,且具有强ESD鲁棒性。另一种是基于DTSCR利用MOS进行增强的EDTSCR结构,其具有双向ESD防护能力,适用于先进CMOS工艺低压低功耗电路中。4、针对三款车规芯片的高ESD防护需求,就不同阈值工艺、不同芯片端口电路规格、不同防护需求间具体的差别设计了参数不同的防护方案,并通过电路仿真验证了所采取的防护策略的有效性,对于可能存在风险的加强了ESD防护方案以确保达到设计目标。并在流片封装后制定了测试方案对芯片进行了测试与失效分析,对未达到目标的提出了改进方案,最后通过采用改进方案使所有芯片均达到设计目标,实现了车规芯片15kV HBM、8kV IEC的高ESD规格需求。
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